永磁同步电机退磁故障对逆变器的影响及优化控制

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永磁同步电机具备功率系数高,转矩响应快,体积小等等优点,在轨道交通领域得到了广泛的关注,也是下一代智能列车牵引系统的首选。因此,保障永磁同步电机牵引系统的可靠性是设计新型列车的重要需求。
  然而,同传统感应电机(异步电动机)相比,永磁同步电机存在退磁这一独有的故障模式。有关退磁故障的研究尚未受到学界的广泛重视,特别是对于退磁故障导致牵引系统二次故障等问题还缺乏相应的理论研究与故障数据。本文针对永磁牵引系统退磁故障及其二次故障的演化机理提出了两个问题,第一,退磁故障会对牵引系统中其他部件产生怎样的影响;第二,如何缓解由退磁故障带来的二次故障等不利影响。本文就以上两个问题进行深入研究。
  现有对于永磁同步电机退磁故障的研究主要集中在退磁故障的监测部分,而解决退磁故障的干预手段则是单纯的更换永磁体,缺少考虑退磁故障的子系统级健康管理方法研究。本文首先通过混合建模与可靠性分析结合的方式对永磁同步电机退磁故障致逆变器模块的影响进行了定性与定量两方面的研究,解释了退磁故障导致的性能退化传递机理。为了缓解退磁故障导致的逆变器系统退化加速问题,本文设计了一套完整的延寿控制策略。采用相似度建模的方式精确估计永磁同步电机退磁程度,并结合控制率概念,形成闭环控制,有效地延长了逆变器系统整体寿命。
  本文提出的故障传递机理反应了退磁故障与逆变器系统之间的内在物理量的耦合关系;设计的延寿控制策略符合实际工程需求;提出的由可靠性出发的子系统级健康管理方法延伸了故障与健康管理系统的应用范围。论文最后通过美国国家仪器的LabVIEW实验方正平台,证明了延寿控制系统的有效性。
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